51单片机详解：从基础概念到STC系列芯片
51单片机详解：从基础概念到STC系列芯片
单片机（Microcontroller Unit，MCU）是一种将计算机的CPU、存储器、输入输出接口等集成在一个芯片上的微型计算机。51单片机是其中最经典的一种，广泛应用于各种嵌入式系统中。本文将详细介绍51单片机的基本概念、内部结构以及STC系列芯片的特点。
1、单片机简介
计算机组成：CPU(进行运算、控制)，RAM（数据存储），ROM（程序存储），输入、输出设备（串行口，并行输出口）。个人计算机上这些部件被分成若干块芯片,安装一个称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中，这些部件全部被做到一块集成电路芯片中,所以就称为单片机（也称微控制器 MCU），而且有一些单片机中除了上述部份外,还集成了其它部份如 A/D，D/A 等。体积不大，一般用 40 脚封装， 当然功能多一些单片机也有引脚比较多的， 如 68 引脚， 功能少的只有 10 多个或 20 多个引脚,有的甚至只 8 只引脚。
2、51单片机
51 单片机是对所有兼容 Intel 8031 指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是 Intel 的 8004 单片机，后来随着 Flash rom 技术的发展，8004 单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的 8 位单片机之一，其代表型号是 ATMEL公司的 AT89 系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有 51 系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。51 单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是 51 系列的单片机一般不具备自编程能力。
80C51 是 MCS-51 系列中的一个典型品种；其它厂商以 8051 为基核开发出的CMOS 工艺单片机产品统称为 80C51 系列。当前常用的 80C51 系列单片机主要产品有:
- Intel(英特尔)的：i80C31、i80C51、i87C51,i80C32、i80C52、i87C52 等;
- ATMEL(艾德梅尔)的：AT89C51、AT89C52、AT89C2051、AT89S51（RC）、AT89S52（RC）等
- Philips(飞利浦)、华邦、Dallas(达拉斯)、Siemens(西门子)等公司的许多产品；
- STC(国产宏晶)单片机：STC89C51、STC89C52、STC89C516、STC90C516 等众多品牌。
80C51 芯片管脚图如下所示：
上图中左图是 51 单片机非常经典的管脚图,通常采用的是 DIP-40 封装。
其内部资源如下:
- 8 位 CPU
·4kbytes 程序存储器(ROM) (52 为 8K)
·128bytes 的数据存储器(RAM) (52 有 256bytes 的 RAM)
·32 条 I/O 口线
·111 条指令，大部分为单字节指令
·21 个专用寄存器
·2 个可编程定时/计数器
·5 个中断源，2 个优先级(52 有 6 个)
·一个全双工串行通信口
·外部数据存储器寻址空间为 64kB
·外部程序存储器寻址空间为 64kB
·逻辑操作位寻址功能
·双列直插 40PinDIP 封装
·单一+5V 电源供电
CPU：由运算和控制逻辑组成,同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；
RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；
ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格;
I/O 口：四个 8 位并行 I/O 口，既可用作输入，也可用作输出
T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在计数模式；
五个中断源的中断控制系统；
一个全双工 UART(通用异步接收发送器)的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；
片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最佳振荡频率为 6M—12M。
其内部结构图如下所示：
总线（BUS）是单片机各部件之间传送信息的公共通道。单片机中有内部总线和外部总线两类，内部总线是 CPU 内部之间的连线,外部总线是指 CPU 与其它部件之间的连线;外部总线有三种：数据总DB(Data Bus)，地址总线 AB（Address Bus）和控制总线 CBControl Bus)。
3、STC89Cxx芯片
上述内核指令都是一样的，51 单片机大部分使用的是 AT89C51 或者 AT89C52。随着我国芯片技术的快速发展，宏晶公司推出的增强型 51 单片机 STC89Cxx/STC90Cxx等系列更受大众喜爱，除内部资源及功能大大增强外，还有一个非常重要的是它支持 ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器或专用仿真器。
上图可看到芯片表面印有 STC89C52RC 40I-PDIO40 1947H0XN52.X90C 丝印，
下面我们了解下芯片表面丝印的含义：
- STC–表示芯片为 STC 公司生产的产品,其他公司的也有 AT、i、SST 等。
- 8–表示该芯片为 8051 内核芯片。
- 9–表示内部含有 Flash EEPROM 存储器,还有如 80C51 中 0 表内部含有
- MaskROM(掩模 ROM)存储器；如 87C51 中 7 表示内部含有 EPROM（紫外线可擦除ROM）存储器。
- C–表示该器件为 CMOS 产品。还有如 89LV52 和 89LE58 中的 LV 和 LE 都表示该芯片为低电压产品（通常为 3.3V 电压供电）；而 89S52 中 S 表示该芯片含有可串行下载功能的 Flash 存储器,即具有 ISP 可在线编程功能。
- 5–固定不变。
- 2–表示该芯片内部程序存储(FLASH)空间大小，1 为 4KB，2 为 8KB，3 为12KB，即该数乘以 4KB 就是芯片内部的程序存储空间大小。程序空间大小决定了一个芯片所能装入执行代码的多少。一般来说，程序存储空间越大，芯片价格也越高，所以我们再选择芯片的时候要根据自己需求选择合适芯片。
- RC–STC 单片机内部 RAM(随机读写存储器)为 512B。还有如 RD+表示内部RAM 为 1280B。还有芯片会省略此部分。
- 40–表示芯片外部晶振最高可接入 40MHz。对 AT 单片机数值一般为 24，表示外部晶振最高位24MHz。
- I–产品级别,表示芯片使用温度范围。
- C 表示商业级，温度范围为 0~+70 度。
- I 表示工业级，温度范围为-40~+85 度。
- A 表示汽车级，温度范围为-40~+125 度。
- M 表示军用级。温度范围为-55~+150 度。
- PDIP40–产品封装型号。PDIP 表示双列直插式。
- 1947–表示本批芯片生产日期为 19 年第 47 周。
- H0XN52.X90C–不详，有关资料显示,此标号表示芯片制造工艺或处理工艺。